Текст книги "Диалоги (апрель 2003 г.)"

Самое первое… Ну, наверное, не самый первый, но один из самых первых интерактивных дисплеев был именно у него. Он имел вид, конечно, не этого элегантного ящика лёгенького, а была это рама огромная, на которой размещались электронно-лучевой дисплей, оптическая система, которая сводила оси, и можно было этой рамой как-то вертеть и видеть на ней образы.

Сейчас, конечно же, техника шагнула далеко вперёд: мы видим не векторное изображение, а растровое цветное изображение очень высокого качества.

И здесь, собственно говоря, мы сталкиваемся с ещё одной задачей, даже проблемой в этой области. С тем, что в ответ на действия человека, который, так сказать, вращает головой, компьютер должен успевать рассчитать и выдать на дисплей этот самый образ. Если оценить объёмы растра, которые нужны для реалистичного восприятия, то эти числа, они, в общем, громадны. Монитор, обеспечивающий реалистичность восприятия имеет обычный растр в миллион элементов изображения. И для того, чтобы обсчитать каждый элемент изображения, нужно некоторое количество операций с плавающей точкой.

Если это помножить и учесть ещё время реакции, за которое компьютер должен успеть, то мы получим довольно большую цифру. Можно сказать ещё больше. Дело в том, что если вы смотрите в обычный стереоскоп, то, несмотря на то, что там изображение объёмное и необычное, есть ощущение какой-то неестественности. Объекты, которые там отображаются, они (я, по крайней мере, это чувствую очень сильно) имеют вид каких-то вырезанных из картонок объектов.

Это всё неспроста. Дело в том, что когда глаз в естественных условиях осматривает мир, наши глаза постоянно вращаются в орбитах. Это так называемое саккадное движение. И если взять за основу минимума интервал, за который компьютер должен успеть выдать изображение, то для саккадных движений этот интервал сотые доли секунды. Конечно, системы виртуальной реальности, отслеживающие эти саккадные движения, они, образно говоря, небюджетные. Но, тем не менее, они дают наиболее естественно восприятие. И ещё раз об оценках: они составляют, если не углубляться особенно, уровень где-то 1 Гигафлопса, не меньше…

А.Т. Один миллиард операций в секунду.

В.А. …с плавающей точкой. Приблизительно в середине 90-х это был нижний уровень производительности суперкомпьютера.

Отсюда следует очень простой вывод, что системы виртуальной реальности, действительно обеспечивающие вот это всё, они являются делом суперкомпьютеров. Это одна мысль.

А вторая – ещё вот какая, как-то она ускользнула, а сейчас вспомнилась. Мы как-то незаметно речь ведём о зрительном восприятии. Но на самом деле из органов чувств у человека есть не только зрение, а ещё слух, осязание, обоняние и так далее. И вот устройство, которое воздействуют на органы чувств, – это дисплей. Причём это не только видеодисплеи обычные, но есть ещё и дисплеи, которые воспроизводят остальные сенсорные воздействия. А слух, понятно, это стереозвук.

Кстати говоря, стереозвук – это, наверное, даже вещь более доступная в смысле виртуальной реальности, потому что мы действительно ощущаем объёмное звучание, оно соответствует именно той исходной картине, которая была воспроизведена, записана на носитель. А когда мы прослушиваем, здесь есть интерактивность. То есть, если мы вертим головой, то мы ощущаем изменение картины. Следующая группа устройств – это устройства воздействия на ощущения прикосновения. Здесь уже мелькнуло упоминание о «Data Gloves» – это перчатки, которые воспроизводят ощущение касания к приметам. И они, кроме того, используются как устройство ввода информации. То есть очень часто в системе виртуальной реальности есть возможность вывести изображение клавиатуры и этой перчаткой нажать на нужные клавиши.

Ещё одна группа интересных устройство – это силовые жилеты, которые позволяют ощутить вес предметов, центр их тяжести. И особая группа устройств – это устройства, действующие на вестибулярный аппарат. Здесь сложная картина, например, создать ощущение невесомости сложно, потому что помимо аппарата, расположенного у нас в среднем ухе, сила тяжести ощущается ещё и мышцами. Здесь нужно говорить об условности ощущения. Устройства, воспроизводящие невесомость, имеют подвеску с шестью степенями свободы и используются в тренажёрных устройствах: лётных, водительских и так далее.

Тем не менее, говоря о виртуальной реальности, мы автоматически ведём речь о зрительном восприятии, потому что по объёму информации зрительная система с очень большим отрывом опережает остальные системы. Несмотря на то, что если даже не воспроизводится вся гамма ощущений, которая необходима для охвата сенсорной системы, зрительной системе уже достаточно для того, чтобы считать систему системой виртуальной реальности, если она обеспечивает интерактивность, ощущение реализма и так далее. Я бы отметил ещё один момент. На самом деле обмануть органы чувств очень сложно. Как бы мы не старались, всегда есть ощущение, что это не реальность. Здесь действует пословица: «обмануть меня не сложно, я сам обманываться рад». Но речь на самом деле идёт о другом: для чего это нужно и почему это заинтересовало людей? И здесь есть общий принцип: неинтересные вещи никогда не бывают полезными и наоборот – вещи интересные, вызывающие любопытство, пусть даже не видно сперва их утилитарного значения… Тот самый вопрос: где здесь можно положить мешок с крупой или подключить какую-то динаму, чтобы получать ток…

А.Г. Какая от этого польза нашему колхозу…

В.А. Тем не менее, если это интересно – рано или поздно это будет очень полезно.

А.Т. Я ещё хочу сказать о суперкомпьютерах. Сейчас через любую поисковую систему вам сразу будет выдано две-три десятка тысяч ссылок – я не преувеличиваю – на упоминание о приложениях виртуальной реальности. Эти приложения действительно требуют хороших вычислительных средств, но таких, которые сегодня уже можно и купить. Хорошие рабочие станции, возможность и производительность которых когда-то, конечно, были возможностями суперкомпьютеров. Разумеется.

Так что очень многое можно получить. Есть наши отечественные системы, есть зарубежные. И тем и другими многие пользуются, в том числе КБ Ильюшина, КБ Сухого – да и многие другие, не говоря уж об индустрии развлечений. Но дело в том, что существуют области исследования, где действительно нужны самые современные, самые мощные вычислительные средства – и может и их не хватить. И здесь на помощь должны приходить системы виртуального присутствия, когда часть работы не делается в момент. Вот что это такое.

В.А. Да, что это такое. Вот если взять обычную систему виртуальной реальности – если слово «обычная» здесь вообще можно использовать, – то в них виртуальный мир или геометрический мир, если по-прежнему ограничиваться видеосистемой, целиком оторван от реальности. Это абстрактные вещи. Или вещи известные, обычные, но не имеющие никакой связи с внешним миром. Но если снабдить внешний мир… Какой же здесь пример привести?

Вот на 6-м канале идёт программа «Тушите свет», где мы видим виртуальных манекенов Хрюна и Степана. На самом деле, их оживляют операторы. Оператор оснащён специальной маркерной системой, которая может регистрироваться специальной следящей системой, и система актуализирует вот эти виртуальные образы. Они себя ведут не самостоятельно, а подчиняясь всем действиям оператора. В системах телеприсутствия можно выделить несколько основных компонент, которые позволяют использовать эту технологию на пользу. С одной из компонент мы уже познакомились – это маркерная система, которая как-то закрепляется на реальных объектах. Затем – следящая система и система, которая это всё визуализирует. Она генерирует образы, которые заранее смоделированы, это известная геометрия. И в итоге мы, образно говоря, видим невидимое. События могут разворачиваться в одном месте, а мы их можем видеть в другом месте.

Здесь может возникнуть вопрос: чем эта система лучше обычной системы теленаблюдения? Ведь проще установить телекамеру – или две для стереоизображения, – и с тем же успехом мы могли бы всё видеть, и суперкомпьютер тут не нужен, чтобы тут же получить видеокартинку. Однако есть несколько моментов, принципиально отличающих возможности систем телеприсутствия от систем обычного теленаблюдения.

Во-первых, если сравнить объёмы информации, нужные для актуализации этой системы, то это не растры в случае телекамер, а информация о координатах – их может быть очень много, но всё равно это разница в несколько порядков.

Второе. Для систем теленаблюдения есть принципиальные ограничения на ракурсы, как бы мы не располагали телекамер – штанги и так далее, – в принципе, есть ограничения. У систем телеприсутствия этих ограничений, в принципе, нет. Можно просто полетать по виртуальному миру и увидеть вещи, которые мы не увидим с телекамер.

А.Т. Например, увидеть наружную поверхность орбитальной станции.

В.А. Есть ещё один момент. В системах теленаблюдения используется оптический диапазон. Должна быть возможность видеть либо в оптическом диапазоне, либо в субоптическом-инфракрасном, либо в ультрафиолетовом излучении. Здесь этого ограничения тоже нет, потому что регистрация местоположения и ориентация могут осуществляться…

А.Г. В радиодиапазоне…

В.А. Да, в радиодиапазоне. И здесь как раз становится ясным, для чего это, так сказать, можно использовать. Очень яркий пример – это если у нас есть какое-то сложное здание с коридорами, лестницами. И там возник пожар, в этом здании. Самые первые фазы пожара, когда обычно температура не очень высокая, но есть очень сильная задымленность. Вы не сможете выйти оттуда, если вы не знакомы с интерьером и к тому же дым – это отсутствие видимости уже на расстоянии вытянутой руки. А вот представьте, что это здание было оборудовано заранее системой слежения за объектами. И спасатель, одевая на голову шлем виртуальной реальности, увидит интерьер, эти лестницы и так далее.

А.Т. Но шаблон уже введён. Это важно.

В.А. Это важно. Есть априрорная информация, которая в точности соответствует геометрической модели интерьера. И это важно. Но для того, что актуализироваться там, смотреть не надо, наблюдать не надо. Система позволит спасателю, хотя бы одному, во-первых, идти по коридорам вслепую, потому что у него на шлеме в дисплейной системе будет изображение, которое будет в точности соответствовать…

А.Г. Он может передвигаться в абсолютной темноте, задымленности.

В.А. И он может заранее, если эта датчиковая система позволяет регистрировать уровень разогрева в зависимости от возгорания, он может заранее вычислить относительно безопасный маршрут, вывести людей и так далее.

А.Т. Я хотел бы всё-таки, чтобы было рассказано про систему, которая в Центре управления полётами для определённых целей используется…

В.А. Да, можно заметить, что основное здесь это как раз наличие инфраструктуры для регистрации этой информации. И естественно, пока мы не имеем этой возможности, разве что в области смарт-хаус. Однако есть области деятельности, где вот эта инфраструктура уже заложена заранее. И если даже нет всех нужных элементов, то уж по крайней мере это не нужно начинать с нуля.

И вот здесь как раз пример по Центру управления полётами. Здесь в течение десятилетий складывалась и развивалась системы сбора и обработки телеметрической информации. Она как раз носит не видеохарактер, а в основном это числа, огромные массивы числовой информации по состоянию всех систем, аппаратов на орбите. Это могут быть солнечные батареи, например которые как-то раскрылись или не раскрылись. Это могут быть антенны и так далее.

Здесь как раз мы провели несколько экспериментов по визуализации состояния элементов орбитальной станции на самых первых этапах её развёртывания, когда на орбиту был уже выведен блок ФГБ и предстояло состыковать этот блок с блоком Юнити. Это стыковочно-переходной модуль для объединения станции в единое целое.

Особенностью этих операций было то, что сближение на самых заключающих этапах стыковки и стягивания происходило с использования манипуляторной системы, установленной на Шаттле. По телеметрическим каналам информация шла в центр. И мы заранее смоделировали геометрическую поверхность блока ФГБ, Юнити и манипуляторов с очень высокой точностью. Этому предшествовала работа по оцифровке этих всех объектов; она заняла около года.

И, кстати говоря, манипуляторы это одно из наиболее оснащённых устройств для визуализации такого рода. Потому что там идёт информация об ориентации, углах разворота звеньев и так далее. И параллельно с обычной системой наблюдения с бортовых телекамер, расположенных на Шаттле, была визуализация их без видеоданных, по телеметрическим данным. И очень точно всё это удалось смоделировать, на удивление.

Был очень большой интерес со стороны руководства, специалистов и американцев. То есть они не ожидали, что у нас такая система. Сейчас эти работы развиваются. И здесь уже можно и пофантазировать. Я считаю, что самым интересным, наиболее интересным видом наблюдения, было бы слежение за выходом в открытый космос. Вот если эти маркерные системы можно было расположить на скафандрах и использовать систему слежения, развернуть её на станции, то можно было бы понаблюдать за перемещениями в любых ракурсах и даже желающий мог бы себя сопоставить с одним из космонавтов…

А.Т. Имея шаблон.

В.А. Естественно. Здесь непременным условиям было наличие исчерпывающей априорной информации о поверхности. А это большая работа по оцифровке и геометрическому моделированию.

А.Г. У меня встаёт вопрос тогда, связанный, может быть, с не таким уж далёким будущим развития этих технологий.

Чем отличается пилотируемый полёт на Луну или на Марс от непилотируемого? Тем, что есть пилот. Но если мы отправляем машину, которая собирает избыточную информацию, мы цифруем эту информацию, приводим её в маркерное соответствие с реальным ландшафтом, скажем, Марса. То есть создаём не виртуальный мир, а виртуально-реальный Марс. Можно будет и не летать.

А.Т. Да, это будет виртуальное присутствие. То есть мы можем эту машину так вести, как будто бы мы рядом с ней находимся, аккуратненько её сажаем или перемещаем вдоль кратеров и так далее.

В.А. Я вас разочарую. Дело в том, что ведь на самом деле луноход, который был запущен в 60-е годы, он и работал приблизительно так. На Земле в ЦУПе был оператор, который им управлял. Но это работа была сопряжена с очень высокой нервной нагрузкой. И был не один оператор, а несколько. Значит, они были…

А.Т. Были недостаточно мощные средства виртуальной реальности!

В.А. Нет. Здесь дело не в этом.

А.Т. По-моему так.

В.А. Дело в том, что, увы, время распространения радиосигнала между Луной и Землёй – это несколько секунд, а для Марса в оппозиции это, если мне не изменяет память, где-то минут 40 в обе стороны.

Поэтому без пилотируемой космонавтики в этих условиях не обойтись. Потому что здесь реакция должны быть мгновенной. Вот для визуализации и участия людей, которые не подготовлены к этим полётам, а они несправедливо обделены, в общем, эти системы можно использовать.

А.Г. То есть опять же как тренажёр.

В.А. Я бы не хотел, чтобы всё сводилось к тренажёрным системам. Здесь всё-таки речь идёт о реальных событиях, так сказать, пусть они запаздывают как-то, но, тем не менее, это реальные события.

Кстати говоря, вот на этих снимках видно, обратите внимание на звёздочки. Они, в самом деле, как бы настоящие. Дело в том, что сфера со звёздным небом смоделирована с абсолютной точностью. И именно для этого момента стыковки, именно этого ракурса и местоположения на орбите здесь это сделано честно. То есть, понимаете, это всё-таки реальные события, пусть они ограничены в возможностях.

И в этой связи, если на эту тему разговор зашёл, я немножко пофантазирую вот эти вещи можно было бы уже сейчас делать через Интернет.

Представим, что выделен отдельный веб-сервер, который позволяет эту информацию распространять, как это обычно делается. А на земле, в квартире, так сказать, юзер, или пользователь, располагая материальным обеспечением из ЦУПа и системой виртуальной реальности, мог бы всё это наблюдать не в виде колонок цифр или ещё чего-то подобного, а он это видел бы сам, конечно, с некоторым запаздыванием. Но, тем не менее, это уже возможно.

А с развитием веб-технологий сейчас мир переходит на высокоскоростной Интернет. Это второй Интернет так называемый, и там, где уже гигабитные каналы, эти вещи можно осуществить уже гораздо легче, эффектнее, эффективнее. То есть здесь мы уже уходим в сферу общечеловеческих ценностей.

А.Т. Первая система, была сделана при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, группами исследователей, которые занимались в своё время баллистическими расчётами, а сейчас, отработав баллистику, стали заниматься этими вещами, которые показали большую перспективность. И приходящие люди из высоких космических инстанций говорили, что всё это очень интересно и нам бы это всё в полном масштабе и так далее. Мы отвечали очень просто: «Так, дайте средства на технику, именно на эту технику, даже не на людей, а технику, и тогда это будет сделано».

В.А. Это недёшево, да.

А.Г. Могу себе представить. Так вот, говоря всё-таки о будущем и о развитии интерфейса между оператором и компьютером, тут просто такая самая глухая фантастика лезет в голову.

Ведь органы чувств наши не только вынесены за скобки черепной коробки, они и внутри находятся. Мы можем непосредственно влиять на некие центры в головной коре и вызывать ощущения страха, удовольствия, голода, жары. Мы вдруг можем почувствовать какой-то запах. И это будет уже двойная виртуальная реальность, потому что нет необходимости даже воспроизводить это, достаточно написать некую программу, которая манипулировала бы мозгом, с тем, чтобы вызывать все необходимые ощущения…

В.А. Видите ли, это можно, эти мысли, что называется, носятся в воздухе, да. Но есть одно «но»: а вот как воздействовать? Такой орган, как зрение, ещё на уровне сенсоров имеет очень много загадок и неясностей. А если мы уйдём глубже и ближе к центральной нервной системе, так там ведь уже на микроуровне мы должны знать, какие нервы раздражать. Здесь, мне кажется, пока нет просто нужных знаний.

А.Г. Это да, но пока возможны гибридные системы.

В.А. Да, тут я бы упомянул некоторые системы в этом направлении. Это, скажем, ретинальные дисплеи, если это интересно?

А.Г. Да.

В.А. Дело в том, что обычный любой дисплей жидкокристаллический, электроннолучевой и так далее, у него есть та особенность, что видеоинформация выводится на промежуточный носитель, это экран. И здесь, конечно, есть ограничения по времени вывода. На самом деле этот промежуточный носитель можно устранить, и, скажем, рисовать изображение на сетчатке глаза лазером. И действительно, есть такие системы, но, правда, как-то я очень подробных описаний не читал, были лишь упоминания об этих ретинальных дисплеях.

Но и то, сами понимаете, лазерный луч – это штука, в общем-то, небезопасная. А здесь речь идёт о воздействии на сетчатку. Тут есть очень много узких моментов. Я думаю, что и с остальными органами чувств и нервной системы очень ещё много неясностей.

А.Г. Здесь неизбежно встаёт морально-этический вопрос.

А.Т. Морально-этические вопросы сейчас возникают и при использовании обычных систем виртуальной реальности.

Вот те же очень хорошо развитые компьютерные игры, где есть много моментов, связанных с насилием. Подобное притягивает подобное есть такое выражение. И если много подвергаешься воздействию чего-то подобного, то и сам… В общем, это опасное дело. Здесь должен быть баланс.

В.А. Конечно, нужна очень большая осторожность…

А.Т. Развитие реакции, развитие быстроты мышления в процессе игры – конечно, это важно, но баланс должен быть.

В.А. Это, в общем-то, вопрос этики научных исследований.

А.Г. Основная-то угроза не в этом… Зачем же жить в столь несовершенном, мало от тебя зависящем мире, когда есть возможность ухода в мир абсолютно идеальный, созданный для тебя, где ты не просто червь, а ещё и бог.

В.А. Ну, во-первых, всё-таки это сделать пока сложно…

А.Т. Тогда ты не сможешь улучшать мир и так там и останешься, в этом виртуальном мире.

В.А. Это пока ещё сложно сделать на полную катушку и, может быть, слава богу. Но, тем не менее, здесь можно вспомнить слова одного из героев «Девяти дней одного года», который сказал о той же бомбе: «Мысль остановить нельзя, но главное здесь вовремя остановиться».

И вот эта грань, через которую нельзя переступать, она, конечно же, есть. Но это уже несколько другие сферы, хотя это важно.

А.Г. С другой стороны, я очень отчётливо вижу применение виртуальной реальности, соответствующим образом созданной, для лечения психических заболеваний…

В.А. Существуют устройства, которые используются для лечения боязни высоты…